PV-panelen bij de Franse verwerkingsfabriek Galloo Halluin nabij Kortrijk. (Foto: Laurent Julliand)
Zonnepanelen zorgen voor een steeds groter aandeel in de elektriciteitsproductie. Wat moet ermee gebeuren als ze aan hun eind komen? We staan aan het begin van een enorme afvalstroom die in 2050 aanzwelt tot 60 miljoen ton wereldwijd. Bij CiTG en EWI wordt hard gewerkt aan oplossingen.
Dit artikel in 1 minuut
Vanuit een achterstandspositie is Nederland binnen Europa opgeklommen tot koploper in zonne-energie. Per hoofd van de bevolking liggen er in Nederland ruim drie zonnepanelen op een dak of in een wei. . De eerste zonnepanelen uit de vorige eeuw komen na een levensduur van 25 tot 30 jaar nu op de vuilstort terecht. Die afvalstroom neemt snel toe, net als het geïnstalleerd vermogen .
In 2070 telt Nederland elke dag veertig vrachtwagens vol afgedankte zonnepanelen
Een recente studie van de faculteit Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica (EWI) berekent de hoeveelheid afgedankte zonnepanelen in Nederland op 40.000 ton per jaar in 2030, 120.000 ton per jaar in 2050 en 200.000 ton per jaar in 2070. Dat zijn 14 duizend vrachtwagens met 14 ton PV-afval per jaar, veertig per dag.
Dr. Malte Vogt (EWI) begeleidde de studie. Hij koos rond 2010 in zijn studie natuurkunde (Leibniz Universiteit Hannover) voor de simulatie van de processen in een zonnecel. Een gevoel van maatschappelijke urgentie leidde hem naar de circulariteit van materialen in duurzame energie.
Vogt verwacht dat zonne-energie rond 2050 één tot twee derde van alle energie zal leveren. Dat het Internationaal Energie Agentschap IEA het op 35 procent houdt verbaast hem niet. Zonne-energie wordt volgens hem al een halve eeuw lang onderschat. Maar die enorme groei in zonne-energie betekent met een vertraging van 25 tot 30 jaar ook een enorme afvalberg waar niemand goed raad mee weet.
Het is een kip-eisituatie. Omdat er nog maar weinig panelen gedumpt worden, zijn er ook nauwelijks verwerkingsfaciliteiten voor de ongedocumenteerde mix aan glas, plastic, aluminium en silicium waaruit PV (photo voltaic)-panelen bestaan. Daardoor belandt wereldwijd 90 procent van afgedankte of defecte zonnepanelen op de vuilstort en gaat een groeiende stroom aan waardevolle grondstoffen verloren. Hoe kan dat beter?
Europa
De Europese Unie (EU)beschouwt zonnepanelen als groot elektrisch afval dat onder de WEEE (Waste Electric and Electronic Equipment)-wetgeving valt. De EU stelt zich tot doel om steeds meer elektrisch en elektronisch afval in te zamelen, omdat dat waardevolle grondstoffen bevat die niet in Europa voorkomen. Vanaf 2018 zou 85 procent van alle PV-afval ingezameld moeten worden, en 80 procent daadwerkelijk hergebruikt. Dat doel werd slechts in de helft van de betrokken lidstaten gehaald.
De eerste PV-recycling fabrieken in Europa komen op gang
De eerste recyclingfabrieken in Europa komen op gang. In Frankrijk was ROSI (Return Of Silicon) in 2017 de eerste met een vestiging in Grenoble. Volgens een bericht van de BBC is de fabriek nu in staat om naast aluminium ook koper en zilver terug te winnen uit PV-panelen. Volgend jaar zou in Duitsland een tweede vestiging open moeten gaan. Daarnaast is afvalverwerker Reiling nabij Münster een centrum begonnen voor de verwerking van zonnepanelen.
Potentieel is de verwerking van zonnepanelen een enorme groeimarkt. Maar omdat bij de fabricatie van zonnepanelen uit silicium, glas, plastic, aluminium en koper nooit is nagedacht over hergebruik van grondstoffen is er een mix van technologieën nodig om dat voor elkaar te krijgen.
Technologie-ontwikkeling
Met dat doel is in 2021 het Europese onderzoeksprogramma Peacoc van start gegaan. Het wil technologie ontwikkelen voor een efficiënte terugwinning van zilver en andere edelmetalen. Het onderzoeksprogramma, waarin universiteiten en industrie nauw samenwerken, loopt officieel nog tot april 2025. Mogelijk volgt een verlenging tot 2026.
Een van de onderzoekpartners binnen Peacoc is dr. Francesco Di Maio’s groep resources & recycling van de faculteit Civiele Techniek en Geowetenschappen. In het laboratorium in de Stevinhal werken ir. Max van Beek en dr. Hongli Su met gemalen zonnepanelen. De aluminium lijsten zijn eenvoudig te scheiden, maar de rest zit meestal aan elkaar gekit. Door scherven te vermalen, worden materialen van elkaar gescheiden. Onder de microscoop zijn korrels van koper, ijzer en zilver te zien. Vooral zilver heeft de aandacht vanwege de hoge prijs en een dreigend tekort.
Technicus Ron Penners zeeft in het Delftse Stevinlab PV-maalsel naar verschillende groottes. Het fijnste maalsel bevat het meeste metaal. (Video: Max van Beek)
Het onderzoek is erop gericht om met allerlei scheidingstechnieken op basis van grootte, dichtheid, en magnetisme het gehalte aan zilver te verhogen. Vanaf ongeveer 10 procent zou het volgens de onderzoekers lonend zijn om het zilver terug te winnen. Daarvoor staan hier tal van apparaten te schudden, te draaien en te blazen om korrels van verschillend materiaal van elkaar te scheiden en de concentratie aan zilver te verhogen.
“Je ziet het aan de kleur”, vertelt Max van Beek terwijl hij op een stel emmertjes wijst. “Dit is middelgrof materiaal tussen 0,2 en 1 millimeter groot. Het lichte materiaal is zandkleurig, terwijl het zwaardere materiaal grijs is door het metaal.” Voor terugwinning is het grijze gruis de meest interessante fractie. Een industriële partner uit het onderzoeksprogramma gaat daaruit de metalen terugwinnen.
Haalbaarheid
De levensvatbaarheid van een PV-recyclingindustrie wordt bepaald door de balans tussen de kosten van terugwinning van materialen en de opbrengsten ervan. TNO-onderzoeker Martin Späth publiceerde eind 2022 een rapport over de situatie in Nederland. Hij onderscheidt twee soorten verwerking. Bij downcycling worden alleen het aluminium frame en de koperen kabels apart genomen voor hergebruik. De rest wordt vermalen tot vulmateriaal. Lage verwerkingskosten, lage opbrengst.
Recycling van zonnepanelen gaat niet zonder financiering
Geavanceerde upcycling betekent de terugwinning van vrijwel alle materialen, waaronder kostbare metalen. De technologie daarvoor is nog in ontwikkeling, aldus Späth. Hij stelt wel dat de kosten voor recycling de opbrengsten van teruggewonnen grondstoffen (nog) ver overtreffen. Recycling van zonnepanelen gaat dus niet zonder financiering, concludeert hij. Hij stelt voor om die financiering te bekostigen met een verwijderingsbijdrage zoals die bij aanschaf van elektronica al gebruikelijk is. Daarmee kan de ontwikkeling en de bouw van recyclingtechnologie gerealiseerd worden.
Het alternatief is om te kiezen voor downcycling, en daarbij voor lief nemen dat waardevolle materialen verdwijnen in bouwzand en zo willens en wetens een tekort in de hand werken.
Onbruikbaar glas
Het grootste deel van het zonnepaneelmaalsel, zo’n 65 tot 95 procent , bestaat uit glas. Anders dan je zou verwachten, is dat meestal niet te recyclen.
Glas van zonnepanelen bevat vaak antimoon (Sb). Kleine hoeveelheden, 0,1 tot 1 massaprocent, worden in Azië en Afrika aan gesmolten glas toegevoegd om de lichtdoorlatendheid te vergroten.
In een Europese glasfabriek levert dat problemen op. Antimoondampen zijn giftig op een manier die lijkt op arsenicum (As) en als oxide is het kankerverwekkend. Het wordt daarom uit de Europese glasindustrie geweerd.
Naast de gezondheidsrisico’s kan een kleine hoeveelheid antimoon die in de productieketen terechtkomt flinke schade aanrichten. In Europa wordt glas niet gewalst (zoals in Azië), maar uitgevloeid op een tinbad. De Nederlandse term is ‘floatglas’. Het probleem is dat antimoonoxide in het gesmolten glas reageert met het vloeibare tin en een verkleuring veroorzaakt die de hele batch onbruikbaar maakt.
Populair gezegd mijden glasfabrikanten gemalen PV-granulaat als de pest. De enige toepassing is momenteel als zandachtig vulmateriaal. Glasfabrikanten willen eerst betrouwbare informatie over de samenstelling van het PV-glas voordat ze het (her)gebruik ervan overwegen.
Gemaakt voor recycling
Goed nieuws: er zijn ook fabrikanten die bij de productie van zonnepanelen wel degelijk rekening houden met de recycling. Voorbeelden zijn de Litouwse fabrikant Solitek die een partnerschap is aangegaan met het Duitse recyclingbedrijf Lux Chemtech. De bedoeling is om de productie zo in te richten dat alle grondstoffen zijn terug te winnen.
In Nederland produceert Solarge in Weert naar eigen zeggen volledig circulaire zonnepanelen. Andere fabrikanten kitten alle componenten aan elkaar met een polymeer (ethyl vinyl acteaat of EVA) waardoor onderdelen moeilijk te scheiden zijn. Solarge gebruikt een thermoplast, een kleefstof die boven 200 graden smelt. “Hierdoor kunnen de laagjes na einde levensduur weer van elkaar gescheiden worden door het paneel naar de relatief lage smelttemperatuur te brengen”, aldus R&D-manager Menno van den Donker in een toelichting.
Biosphere Solar, met een kantoor in Rotterdam, ziet helemaal af van het gebruik van polymeer. Chinese zonnecellen worden zonder lijm maar onder vacuüm tussen twee glasplaten in een frame geplaatst. Een prototype is in The Green Village op de campus geplaatst en vanaf half volgend jaar zijn de eerste demontabele zonnepanelen verkrijgbaar.
Malte Vogt, duurzame PV-expert bij EWI, zegt de ontwikkeling van recyclebare zonnepanelen als een morele verantwoordelijkheid te zien. Zonne-energie is dankzij decennia aan technologische ontwikkeling de goedkoopste vorm van elektriciteit geworden. Gebruik het dan tenminste op een duurzame manier, aldus Vogt.
Heb je een vraag of opmerking over dit artikel?
j.w.wassink@tudelft.nl
Comments are closed.